CZ289075B6

CZ289075B6 - Procedure for operating industrial furnaces

Info

Publication number: CZ289075B6
Application number: CS19923673A
Authority: CZ
Inventors: Wilfried Lissack; Eberhard Lohse
Original assignee: Linde Gas Aktiengesellschaft
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 2001-10-17
Also published as: ES2094384T3; ATE145723T1; CZ367392A3; SK283426B6; DE4202827A1; EP0553632B1; HU9300215D0; EP0553632A3; SK367392A3; DE59304559D1; HU216008B; EP0553632A2; HUT68734A

Abstract

In the present invention there is disclosed a procedure for operating industrial furnaces waste gases of which are burned in a waste gas line (10). According to the invention, the temperature of waste gas is continuously measured and, when a preset value of the measured waste gas temperature is exceeded, the oxygen volume in the atmosphere of the industrial furnace is increased. This has the result that carbon monoxide and hydrogen released in the furnace (1) are burned under control already in the furnace (1) and not only in the waste gas line (10). In this way, energy for heating the industrial furnace (1) can be saved and downstream filter installations are protected against overheating.

Description

Vynález se týká způsobu provozu průmyslových pecí, jejichž spaliny se spalují v potrubí pro odvod spalin.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for the operation of industrial furnaces whose flue gas is burned in a flue gas duct.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Ve slévárnách a zařízeních pro přetavby litiny, mědi, olova, hliníku a jiných kovů se velmi často používají taviči pece vytápěné hořáky. Taví-li se například v rotační bubnové peci litina, ohřívá se šarže o hmotnosti od 2 do 101 olejovými nebo plynovými hořáky ve vodorovně uloženém, žáruvzdorně vyzděném, pomalu se kolem podélné osy otáčejícím bubnu na teplotu odpichu asi 1500 °C. Vytápění rotačních bubnových pecí se ponejvíce provádí hořáky, které jsou uspořádány na čelní straně pece a jejichž plamen sahá do vnitřku pece. Otvorem uspořádaným nejčastěji na protilehlé straně pece unikají spaliny z pece potrubím do komínu.In foundries and facilities for the remodeling of cast iron, copper, lead, aluminum and other metals, melting furnaces heated by burners are very often used. For example, if cast iron is melted in a rotary drum furnace, a batch weighing from 2 to 101 is heated by oil or gas burners in a horizontally mounted, refractory brick, slowly rotating around the longitudinal axis of the rotating drum to a tapping temperature of about 1500 ° C. Heating of the rotary drum furnaces is mostly carried out by burners which are arranged on the front side of the furnace and whose flame extends into the interior of the furnace. Flue gas escapes from the furnace through a pipe to the chimney through the opening arranged most often on the opposite side of the furnace.

Při provozu takových průmyslových pecí jsou ve spalinách velké množství oxidu uhelnatého, přičemž množství uvolněného oxidu uhelnatého závisí na obsahu kyslíku v peci, na teplotě pece, na vsázce, která je tavena, na otáčivém pohybu pece a případně na připravených prostředcích pro řízení obsahu uhlíku. V nepatrném podílu je ve spalinách vystupujících z pece kromě oxidu uhelnatého také obsažen vodík, který ke svému spálení potřebuje kyslík. Vodík pochází ze spalovacích reakcí, z paliva a z umělých hmot a olejů, které často ulpívají na vsázce.In the operation of such industrial furnaces, a large amount of carbon monoxide is present in the flue gas, the amount of carbon monoxide released being dependent on the oxygen content of the furnace, the furnace temperature, the batch being melted, the furnace rotary motion and optionally the means for controlling the carbon content. In addition to carbon monoxide, hydrogen is also present in a small proportion of the flue gases exiting the furnace, which also needs oxygen to burn. Hydrogen comes from combustion reactions, from fuel and from plastics and oils, which often adhere to the charge.

Dosud byl oxid uhelnatý a vodík obsažený ve spalinách průmyslových pecí spalován v potrubích pro odvod spalin. Vyvíjení plamenů v potrubích pro odvod spalin vede k silnému tepelnému zatížení dále zapojených filtrů. Tkaninové filtry se přehřejí nebo se filtrační zařízení odpojí.So far, carbon monoxide and hydrogen contained in the flue gases of industrial furnaces have been combusted in flue gas ducts. The development of flames in the flue gas ducts leads to a strong thermal load on the downstream filters. The fabric filters overheat or the filter device is disconnected.

Kromě toho je spalování oxidu uhelnatého v potrubích pro odvod spalin energeticky nepříznivé pro provoz průmyslové pece. Významná by byla snaha o spalování oxidu uhelnatého ve vnitřním prostoru pece. Takto uvolněná energie by mohla potom vést k úsporám paliva.In addition, the combustion of carbon monoxide in the flue gas ducts is energetically unfavorable for the operation of an industrial furnace. Efforts to burn carbon monoxide in the furnace interior would be significant. Such released energy could then lead to fuel savings.

Následkem silně kolísajícího uvolněného množství oxidu uhelnatého v pecí nebylo dosud možné řízené spalování oxidu uhelnatého. Přívod kyslíku do pece by totiž musel být stále korelován s uvolněným množstvím oxidu uhelnatého. Totéž platí pro vodík uvolněný v podstatě menším množství. Při trvalém přebytku kyslíku dochází naproti tomu ke spalování legovacích prvků, například při tavbě litého železa. Trvalé nasazení analyzátorů plynů, které měří příslušný obsah oxidu uhelnatého v atmosféře pece, je nemožné z důvodů vyvíjení prachu a sazí, čímž se usazují částice na vodou chlazených čidlech, měřicích ústrojích a analyzátorech.Due to the highly volatile amount of carbon monoxide released in the furnace, the controlled combustion of carbon monoxide has not been possible. Indeed, the oxygen supply to the furnace would still have to be correlated with the amount of carbon monoxide released. The same applies to hydrogen released in a substantially smaller amount. On the other hand, with a permanent excess of oxygen, the alloying elements are burned, for example in the smelting of cast iron. Permanent deployment of gas analyzers, which measure the respective carbon monoxide content of the furnace atmosphere, is impossible due to the generation of dust and soot, thereby depositing particles on the water-cooled sensors, measuring devices and analyzers.

Úkolem předloženého vynálezu tudíž je vytvořit zlepšený způsob provozu průmyslových pecí, jejichž spaliny se spalují v potrubí pro odvod spalin, kterým by byly odstraněny výše uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky a byl umožněn zejména energeticky výhodnější provoz pecí jakož i sníženo tepelné zatížení filtrů spalin.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an improved method of operating industrial furnaces whose flue gases are burned in a flue gas duct to overcome the above-mentioned drawbacks of the prior art.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Vynález řeší úkol tím, že vytváří způsob provozu průmyslových pecí, jejichž spaliny se spalují v potrubí pro odvod spalin, jehož podstata spočívá v tom, že teplota spalin se plynule měří a při překročení předem zadané žádané hodnoty měřené teploty spalin se zvýší obsah kyslíku v atmosféře průmyslové pece.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for operating industrial furnaces whose combustion gases are combusted in a flue gas duct, the principle of which is that the flue gas temperature is continuously measured and the oxygen content of the atmosphere is increased when the set temperature industrial furnaces.

-1 CZ 289075 B6-1 CZ 289075 B6

Měření obsahu oxidu uhelnatého v kouřovém plynu na straně odvodu spalin z pece a měření teploty v potrubí pro odvod spalin do komína ukazují, že obě hodnoty mají přímou souvislost.Measurement of the carbon monoxide content of the flue gas at the flue gas outlet side of the furnace and the temperature measurement in the flue gas duct to the chimney show that both values are directly related.

Tato souvislost bude dále vysvětlena pro případ, ve kterém oxid uhelnatý obsažený ve spalinách, jakož i vodík, se spaluje vzduchem, který může do potrubí pro odvod spalin vnikat otvory. Při nízkém obsahu oxidu uhelnatého v kouřovém plynu se tento převážně ochladí vzduchem vnikajícím do potrubí pro odvod spalin, čímž také teplota spalin zůstává nízká. Při vysokém obsahu oxidu uhelnatého v kouřovém plynu se oxid uhelnatý převážně spálí kyslíkem přiváděného vzduchu, takže nenastává žádné ochlazení spalin. Teplota spalin může být přitom při zmíněné tavbě litého železa vyšší než 600 °C. Uvedené skutečnosti platí stejně pro případ, že pro spalování spalin v potrubí pro odvod spalin se použije jiný oxidační prostředek než vzduch.This connection will be further explained in the case in which the carbon monoxide contained in the flue gas as well as hydrogen is combusted by air which may enter the flue gas ducts. At a low carbon monoxide content in the flue gas, it is mainly cooled by the air entering the flue gas duct, whereby the flue gas temperature also remains low. At a high carbon monoxide content in the flue gas, the carbon monoxide is predominantly burned by the oxygen supplied air, so that no flue gas cooling occurs. The flue gas temperature can be higher than 600 [deg.] C. at said cast iron smelting. The same applies to the case that an oxidant other than air is used to burn the flue gas in the flue gas duct.

Podle vynálezu může tak být měřená teplota spalin na jednom místě v potrubí ke komínu srovnána s poměrným obsahem oxidu uhelnatého v atmosféře pece při zanedbání obsahu vodíku. Tím je vytvořen jednoduchý a hlídání nevyžadující způsob plynulého zjišťování obsahu oxidu uhelnatého ve vnitřku pece.Thus, according to the invention, the measured flue gas temperature at one point in the duct to the chimney can be compared with the relative carbon monoxide content of the furnace atmosphere, neglecting the hydrogen content. This provides a simple and non-monitoring method of continuously detecting the carbon monoxide content of the furnace interior.

Nasazení zařízení pro měření množství plynu pro určení obsahu oxidu uhelnatého uvnitř pece, kterážto zařízení jsou poruchová a značně nákladná na údržbu, se použitím způsobu podle vynálezu stane zcela zbytečným.The use of a gas quantity measuring device for determining the carbon monoxide content within the furnace, which are malfunctioning and very expensive to maintain, becomes completely unnecessary using the method of the invention.

Vynález umožňuje výhodnou možnost řízeného spalovacího oxidu uhelnatého uvolněného v atmosféře průmyslových pecí. Přitom jsou uvažovány všechny procesy, při kterých v atmosférách pecí vzniká oxid uhelnatý a vodík, které jsou následně ve spalinách spalovány. K. řízenému spalování oxidu uhelnatého a vodíku se při překročení předem dané žádané hodnoty měřené teploty spalin zvýší obsah kyslíku v atmosféře průmyslové pece.The invention allows the advantageous possibility of controlled combustion of carbon monoxide released in the atmosphere of industrial furnaces. All processes which produce carbon monoxide and hydrogen in the furnace atmosphere, which are subsequently burned in the flue gas, are considered. For the controlled combustion of carbon monoxide and hydrogen, the oxygen content of the industrial furnace atmosphere is increased when the predetermined set point of the measured flue gas temperature is exceeded.

Podíl kyslíku v atmosféře pece může být do vnitřku pece přiváděn přímým vháněním kyslíku tryskami ke zvýšení obsahu kyslíku v peci. Lze použít i nějaký plyn obsahující kyslík. U průmyslových pecí vytápěných hořáky na kyslík a palivo může být kyslík výhodně přiváděn do vnitřku pece přes hořák. Překročí-li měřená teplota spalin předem zadanou žádanou hodnotu, zavádí se do vnitřku pece odpovídající řídicí drahou přídavný kyslík tak dlouho, až teplota spalin opět klesne pod žádanou hodnotu.The proportion of oxygen in the furnace atmosphere may be introduced into the furnace interior by direct injection of oxygen through the nozzles to increase the oxygen content of the furnace. An oxygen-containing gas may also be used. In industrial furnaces heated by oxygen and fuel burners, oxygen can advantageously be supplied to the interior of the furnace via a burner. If the measured flue gas temperature exceeds a predetermined setpoint, additional oxygen is introduced into the furnace interior via the corresponding control path until the flue gas temperature again falls below the setpoint.

Oxid uhelnatý a vodík, které jsou spalovány uvnitř pece, uvolňují energii a zvyšují tak teplotu v průmyslové peci. To vede ke zkráceným dobám procesů jakož i k úspoře energie. Navíc se sníží podíl oxidu uhelnatého ve spalinách, čímž klesne teplota spalin a dále zapojené filtry spalin již nemohou být tepelně přetíženy.Carbon monoxide and hydrogen, which are burned inside the furnace, release energy and raise the temperature in the industrial furnace. This leads to reduced process times as well as energy savings. In addition, the proportion of carbon monoxide in the flue gas is reduced, thereby lowering the temperature of the flue gas and the further connected flue gas filters can no longer be thermally overloaded.

Jinak může také s výhodou při překročení předem zadané žádané hodnoty měřené teploty spalin být sníženo množství paliva, které se přivádí do hořáků, při stálém přiváděném množství kyslíku. Tím vzniká přímá úspora paliva při vytápění průmyslové pece.Alternatively, the amount of fuel to be supplied to the burners may be reduced at a constant supply of oxygen, if the predetermined setpoint of the measured flue gas temperature is exceeded. This produces direct fuel savings when heating an industrial furnace.

Vhodná žádaná hodnota teploty se správně určí při prvním spuštění průmyslové pece pokusem. Ktomu se může vestavět termočlánek například za poslední otvor pro přívod vzduchu nebo jiného oxidačního prostředku v potrubí pro odvod spalin. Potom se určí teplota spalin spalovaných vzduchem popřípadě oxidačním prostředkem. Tato teplota odpovídá poměrnému obsahu oxidu uhelnatého a vodíku ve vnitřku pece. Podle způsobu provozu průmyslové pece se zvolí žádaná hodnota v rozsahu od 120 do 650 °C. Při tavení litého železa je tato teplota s ohledem na maximální teplotu pro dále zapojené filtrační zařízení a podle délky potrubí pro odvod spalin za termočlánkem v rozsahu asi od 150 do 250 °C.The appropriate temperature setpoint is correctly determined the first time the industrial furnace is started by experiment. To this end, a thermocouple may be installed, for example, behind the last air or other oxidant inlet in the flue gas duct. The temperature of the flue gases burned by the air or the oxidizing agent is then determined. This temperature corresponds to the relative content of carbon monoxide and hydrogen in the furnace interior. Depending on the operating mode of the industrial furnace, a setpoint between 120 and 650 ° C is selected. When cast iron is melted, this temperature is in the range of about 150 to 250 ° C with respect to the maximum temperature for the downstream filter device and the flue gas length downstream of the thermocouple.

-2CZ 289075 B6-2GB 289075 B6

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na jediném obrázku je znázorněno schematicky zařízení k provádění způsobu provozu průmyslových pecí podle vynálezu.In a single figure, there is shown schematically an apparatus for carrying out the method of operating industrial furnaces according to the invention.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Na jediném obrázku je znázorněna průmyslová pec 1, zejména vytvořená jako rotační bubnová pec, vytápěná hořákem 2, který je připojen k přívodnímu potrubí 3 kyslík a k přívodnímu potrubí paliva. Průmyslová pec 1 je připojena na potrubí 10 pro odvod spalin, které má mezery 6 a 7 prp vzduch, za druhou mezerou 7 pro vzduch je uvnitř potrubí 10 pro odvod spalin umístěn termočlánek 8 spojený s přijímačem 9 měřených hodnot.The single figure shows an industrial furnace 1, in particular designed as a rotary drum furnace, heated by a burner 2 which is connected to the oxygen supply line 3 and to the fuel supply line. The industrial furnace 1 is connected to a flue gas duct 10 having gaps 6 and 7 for air, downstream of the second air gap 7 a thermocouple 8 is located inside the flue gas duct 10 connected to the measured value receiver 9.

Při tavení litého železa v průmyslové peci 1 tato obsahuje vsázku 5 o hmotnosti 3 t, která se ohřívá hořákem 2 na olej a kyslík asi za 2,5 h na teplotu asi 1500 °C pro odpich.When cast iron is melted in an industrial furnace 1, it comprises a charge 5 of 3 t, which is heated by an oil and oxygen burner 2 in about 2.5 hours to a temperature of about 1500 ° C for tapping.

Uhlík obsažený ve vsázce 5 se během tavby oxiduje kyslíkem atmosféry pece částečně na oxid uhelnatý a oxid uhličitý, takže pro vyrovnání ztráty uhlíku musí být do vsázky přidán prostředek pro zvýšení obsahu uhlíku. Měření obsahu oxidu uhelnatého v suchém kouřovém plynu dávají v tomto příkladu maximální hodnoty 35 % oxidu uhelnatého ve spalinách přímo na čelní straně pece.The carbon contained in the batch 5 is oxidized partially during the melting process by the oxygen of the furnace atmosphere to carbon monoxide and carbon dioxide, so that a means to increase the carbon content must be added to the batch to compensate for the loss of carbon. The measurement of the carbon monoxide content of the dry flue gas in this example gives a maximum of 35% of the carbon monoxide in the flue gas directly at the front of the furnace.

Nejprve se termočlánkem 8 a přijímačem 9 měřených hodnot měří po určitou dobu teplota spalin spálených vzduchem v potrubí 10 pro odvod spalin. V závislosti na délce potrubí 10 pro odvod spalin za termočlánkem 8 ukazují se jako vhodné žádané hodnoty teplot od 150 °C do 250 °C. V tomto případě se na neznázoměném regulátoru nastaví žádaná hodnota teploty 230 °C. Tento regulátor je spojen s regulačním ventilem zařazeným v přívodním potrubí 3 kyslíku k hořáku 2.First, the temperature of the flue gas burned by the air in the flue gas duct 10 is measured over a period of time by the thermocouple 8 and the measured value receiver 9. Depending on the length of the flue gas duct 10 downstream of the thermocouple 8, temperatures of 150 ° C to 250 ° C are suitable. In this case, a setpoint of 230 ° C is set on a controller (not shown). This regulator is connected to a control valve in the oxygen supply line 3 to the burner 2.

Překročí-li nyní měřená teplota předem zadanou žádanou hodnotu teploty, zvýší se podle vynálezu podíl kyslíku v atmosféře průmyslové pece L To se dosáhne nadstechiometrickým spalováním směsi paliva a kyslíku v průmyslové peci 1. V tomto příkladu také vždy, když podíl oxidu uhelnatého a vodíku uvnitř pece překročí určitou homí mez, zvýší se přívod kyslíku do hořáku 2, takže oxid uhelnatý může být zaoxidován zcela na oxid uhličitý a vodík je spálen. Energie dosud uvolněná v potrubí 10 pro odvod spalin se při způsobu podle vynálezu uvolní již v průmyslové peci L Tím klesne teplota spalin a regulační okruh opět sníží přívod kyslíku do hořáku 2.According to the invention, if the measured temperature now exceeds a predetermined setpoint temperature, the proportion of oxygen in the atmosphere of the industrial furnace 1 is increased. This is achieved by the stoichiometric combustion of the fuel-oxygen mixture in the industrial furnace 1. the furnace exceeds a certain upper limit, the oxygen supply to the burner 2 is increased, so that the carbon monoxide can be completely oxidized to carbon dioxide and the hydrogen is burned. The energy released in the flue gas line 10 is already released in the industrial furnace L in the process according to the invention.

Spalování oxidu uhelnatého v průmyslové peci 1, zejména v rotační bubnové peci řízené způsobem podle vynálezu má několik výhod:The combustion of carbon monoxide in an industrial furnace 1, particularly in a rotary drum furnace controlled by the method of the invention, has several advantages:

Uvolněná energie spalování oxidu uhelnatého může být využita ještě v průmyslové peci L klesajícím obsahem oxidu uhelnatého v průmyslové peci 1 se omezuje přiváděné množství kyslíku, takže je zamezeno spalování legovacích prvků. Teplota spalin je během celého provozu průmyslové pece 1 nižší, takže filtry již nejsou tepelně přetíženy. Objem spalin se zmenší, neboť oxid uhelnatý je spalován v průmyslové peci 1 kyslíkem místo v potrubí 10 pro odvod spalin vzduchem. Konečně používá způsob podle vynálezu jednoduché měření teploty pro určení poměrného obsahu oxidu uhelnatého v průmyslové peci 1 místo technicky obtížné zvládnutelné analýzy plynů v atmosféře pece.The liberated carbon monoxide combustion energy can still be utilized in the industrial furnace L by decreasing the carbon monoxide content of the industrial furnace 1, the oxygen supply is reduced, so that the combustion of the alloying elements is prevented. The flue gas temperature is lower during the entire operation of the industrial furnace 1, so that the filters are no longer thermally overloaded. The flue gas volume is reduced because the carbon monoxide is combusted in the industrial furnace 1 by oxygen instead of in the flue gas duct 10 through the air. Finally, the method of the invention uses a simple temperature measurement to determine the relative carbon monoxide content of the industrial furnace 1 instead of a technically difficult to manage gas analysis in the furnace atmosphere.

Claims

PATENT CLAIMS

1. A method of operating industrial furnaces whose combustion gases are burnt in a flue gas duct, characterized in that the temperature of the combustion gases is continuously measured and the oxygen content in the atmosphere of the industrial furnace is increased when the predetermined set point of the measured combustion gas temperature is exceeded.

Method according to claim 1, characterized in that upon exceeding a predetermined value

At the set point of the measured flue gas temperature, an oxygen-containing gas or pure oxygen is introduced into the atmosphere of the industrial furnace.

Method according to claim 1 or 2 for industrial furnaces which are heated by oxygen and fuel burners, characterized in that, when the predetermined reference value is exceeded,

The temperature of the flue gas increases the amount of oxygen supplied to the burners.

Method according to any one of claims 1 to 3, for industrial furnaces heated by oxygen and fuel burners, characterized in that the amount of fuel supplied to the burners is reduced when the predetermined setpoint of the measured flue gas temperature is exceeded.

Method according to any one of claims 1 to 4, for industrial furnaces for melting cast iron, characterized in that the setpoint value of the measured flue gas temperature is preferably selected in the range from 150 to 250 ° C.

25

Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the flue gases from the industrial furnace are burned with air entering the flue gas duct.

Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the flue gases from the industrial furnace are burned with oxidizing agent supplied to the flue gas duct.